第8章 土压力理论34.ppt

土压力理论最初分别由C．A．库伦(Coulomb)和W.J.M.朗肯(Rankine)提出，其目的主要解决与工程建设有关问题。 l773年，法国的C.A.库伦(Coulomb)根据试验创立了著名的砂土抗剪强度公式，提出了计算挡土墙土压力计算的滑楔理论。 Nanjing University of Technology Charles Augustin de Coulomb (1736 - 1806) William John Maquorn Rankine (1820 - 1872) 90余年后， 1869年，英国的W.J.M. 朗肯(Rankine) 又从另一途径提出了挡土墙土压力理论。这些古典的理论和方法，直到今天。仍不失其理论和实用的价值，在工程设计中广泛应用。 挡土墙是指为保持墙的两侧地面有一定高差而设计的构筑物，以防止土体坍塌。在房屋建筑、水利、铁路以及桥梁工程中得到广泛应用。 土压力是指挡土墙后的填土因自重或外荷载作用对墙背产生的侧向压力。 挡土墙的类型 (a)支撑土坡的挡土墙 (b)堤岸挡土墙 (c)地下室侧墙 (d)拱桥桥台 H 挡土墙 作用在挡土墙土压力的性质、大小及其分布规律受到墙体可能的移动方向、墙后填土的类型、填土面的形式、墙体的刚度和地基的变形等一系列因素的影响。 根据墙的位移情况和墙后土体所处的应力状态，土压力可分为以下三种： (1)静止土压力 (2)主动土压力 (3)被动土压力 作用在挡土墙上的土压力 静止土压力：当挡土墙静止不动，土体处于弹性平衡状态时，土对墙的压力称为静止土压力E0 。 静止土压力 no movement 主动土压力：当挡土墙向离开土体方向偏移至土体达到极限平衡状态时，作用在墙上的土压力称为主动土压力，一般用Ea表示。 主动土压力 被动土压力：当挡土墙向土体方向偏移至土体达到极限平衡状态时，作用在挡土墙上的土压力称为被动土压力，用Ep表示。 被动土压力 作用在挡土墙上的土压力是个非常复杂的问题。土压力的大小不仅与挡土墙的高度、填土的性质有关，而且与挡土墙的刚度、位移的大小和方向等因素有关。 由于土压力是挡土墙的主要荷载。因此，设计挡土墙时首先要确定土压力的性质、大小、方向和作用点。　　 土压力影响因素 挡土墙模型实验、原型观测和理论研究表明：在相同条件下，主动土压力小于静止土压力，而静止土压力又小于被动土压力，亦即 : 不同土压力的大小关系 Ea Eo Ep 0 Away from backfill Towards backfill Direction of wall movement Pressure on wall C A B E o E p E a 土压力与墙体位移的关系 挡土墙完全没有侧向位移、偏转和自身弯曲变形时，作用在其上的土压力即为静止土压力，此时墙后土体处于侧限应力状态(弹性平衡状态)，与土的自重应力状态相同。 半无限土体中z深度处一点的应力状态，其水平面和竖直面都是主应力面。作用于土单元上的竖直向主应力就是自重应力σv=γz，则水平向自重应力(静止土压力强度): σ0 =σh =K0 γz 式中 K0 —— 土的静止土压力系数，对于正常固结粘性土，可近似按 K0≈1-sin ?’（Jaky，1944),(?’为土的有效内摩擦角)。 γ —— 墙后填土重度。 静止土压力计算 静止土压力强度分布沿墙高呈三角形分布。若墙高为H，则作用于单位长度墙上的总静止土压力Eo为 Eo的作用点应在墙高的1/3处。 弹性平衡 应力状态 静止土压力计算 朗肯土压力理论基础：半空间体的应力状态和土的极限平衡理论 朗肯土压力理论 朗肯土压力理论基本假设: 墙背直立、光滑，墙后填土面水平；先做墙后填土。 墙背与填土界面上的剪应力为零,不改变右边土体中的应力状态。当挡土墙的位移符合上述主动或被动极限平衡条件时，作用在挡土墙墙背上的土压力即为朗肯主动土压力或朗肯被动土压力。 主动土压力计算 土的极限平衡条件 主动土压力计算 大主应力 s1 ＝ sv＝gz 小主应力 s3 ＝ sh 主动土压力强度 sa ＝ sh 主动土压力状态下的应力 土的极限平衡条件 主动土压力强度(无粘性土) 主动土压力系